Блок усиления мощности нелинейного локатора

Министерство образования  Российской Федерации

 

 

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

 

 

 

Блок усиления мощности нелинейного локатора

 

Пояснительная записка  к курсовому

проекту по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр.148-3

______ Авраменко А.А.

Проверил:

преподаватель каф. РЗИ

______Титов А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2001

Содержание

 

1.Введение..........................................................................................3

2.Техническое задание......................................................................4

3.Расчётная часть…...........................................................................5

3.1 Структурная схема  усилителя...........................................…..5

3.2 Распределение линейных  искажений в области ВЧ ........….5

3.3 Расчёт выходного  каскада……………………………............5

3.3.1 Выбор рабочей точки..................................................5

3.3.2 Выбор транзистора......................................................6

3.3.3 Расчёт эквивалентных  схем 

транзистора.......….…………………………...............7

3.3.4 Расчёт цепи термостабилизации

и выбор источника  питания …........…………...........9

              3.3.5 Расчёт элементов ВЧ коррекции...............................15

3.4 Расчёт промежуточного          каскада.…………............................…………………….............18

3.4.1 Выбор рабочей точки……………………….............18

3.4.2 Выбор транзистора………………………….............18

3.4.3 Расчёт эквивалентных схем

транзистора………………………………….............19

3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации..…………............19

3.4.5 Расчёт цепи коррекции между  входным

         и промежуточным  каскадами....................................20

3.5 Расчёт входного каскада...........……………………..............23

3.5.1 Выбор рабочей точки....................………….............23

3.5.2 Выбор транзистора...........……………………..........23

3.5.3 Расчёт эквивалентных схем 

         транзистора …............………....……………............24

3.5.4 Расчёт цепей термостабилизации.............................25

3.5.5 Расчёт входной  корректирующей цепи...................25

    3.6 Расчёт выходной  корректирующей цепи..............................26

3.7 Расчёт разделительных  и блокировочных ёмкостей……………………………………………...............28

4 Заключение…………………………………………….…………31

Литература

 

 

 

1.Введение

 

В данной курсовой работе требуется  рассчитать блок усиления мощности нелинейного локатора (БУМ). БУМ является одним из основных блоков нелинейного локатора, он обеспечивает усиление сканирующего по частоте сложного сигнала.

БУМ должен иметь малый уровень  нелинейных искажений и высокий  коэффициент полезного действия, обеспечивать заданную выходную мощность в широкой полосе частот и равномерную амплитудно-частотную характеристику нелинейного локатора.

При проектировании любого усилителя  основной трудностью является обеспечение  заданного усиления в рабочей  полосе частот. В данном случае полоса частот составляет 20-500 МГц. С учётом того, что усилительные свойства транзисторов значительно ухудшаются с ростом частоты, то разработка устройства с подъёмом АЧХ на таких частотах является непростой задачей. Наиболее эффективным представляется использование в данном случае межкаскадных корректирующих цепей 3-го порядка. Такая цепь позволит оптимальным, для нашего случая, образом получить нужный коэффициент усиления с нелинейными искажениями, не выходящими за рамки данных в задании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Техническое задание

 

Усилитель должен отвечать следующим требованиям:

 

1. Рабочая полоса частот: 20-500 МГц
2. Линейные искажения

в области нижних частот не более 1.5 дБ

в области верхних частот не более 1ю5 дБ

3. Коэффициент усиления 15 дБ
4. Выходная мощность 5 Вт
5. Диапазон рабочих температур: от +10 до +50 градусов Цельсия
6. Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчётная часть

 

3.1 Структурная схема  усилителя.

 

Зная, что каскад с общим эмиттером  позволяет получать усиление около 7 дБ, оптимальное число каскадов данного усилителя равно трём. Предварительно распределим на каждый каскад по 6 дБ. Таким образом, коэффициент усиления устройства составит 18 дБ, из которых 15 дБ требуемые по заданию, а 3 дБ будут являться запасом усиления.

Структурная схема, представленная на рисунке 3.1, содержит кроме усилительных каскадов корректирующие цепи, источник сигнала и нагрузку.

 

Рисунок 3.1

 

3.2 Распределение линейных  искажений в

области ВЧ

 

Расчёт усилителя будем проводить  исходя из того, что искажения распределены как 1 дБ на каждый каскад БУМ.

 

3. Расчёт выходного каскада

 

3.3.1 Выбор рабочей точки

 

Координаты рабочей точки можно  приближённо рассчитать по следующим  формулам [1]:

,                                                                         (3.3.1)

где                                                                 (3.3.2)

,                                                                         (3.3.3)

где – начальное напряжение нелинейного участка выходных

характеристик транзистора, .Возьмем

 

Так как в выбранной  мной схеме выходного каскада  сопротивление коллектора отсутствует, то . Выходное напряжение и выходной ток транзистора можно рассчитать по формулам:

                                                                                                                              

                             ,                                                                         (3.3.4)   

 

                  .                                                                                    (3.3.5)      

                    

При подстановке значений, получаем                                           .

Рассчитывая по формулам 3.3.1 и 3.3.3, получаем следующие координаты рабочей точки:

мА, В.

Найдём мощность, рассеиваемую на коллекторе

12.18 Вт.

 

3.3.2 Выбор транзистора

 

Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

1. граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

;

2. предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

;

7. предельно допустимого тока коллектора

;

4. предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе

.

Этим требованиям полностью  соответствует транзистор КТ916А. Его  основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;
5. Индуктивность вывода базы нГн;
6. Индуктивность вывода эмиттера нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2. Постоянный ток коллектора мА;
3. Температура перехода К.

Нагрузочные прямые по переменному  и постоянному току для выходного  каскада представлены на рисунке 3.2. Напряжение питания выбрано равным 24,36 В.

 

Рисунок 3.2

 

3.3.3 Расчёт эквивалентных  схем транзистора

 

 Расчёт схемы Джиаколетто:

Соотношения для расчёта усилительных каскадов основаны на использовании  эквивалентной схемы транзистора, предложенной Джиаколетто, справедливой для области относительно низких частот.

Схема модели представлена на рисунке 3.3.

                                    Рисунок 3.3

        Элементы  схемы можно рассчитать, зная  паспортные данные транзистора,  по формулам [2]:

Проводимость базового вывода     :

 

                                ,                                                                       (3.3.6)          

Где                  - ёмкость коллекторного вывода, при напряжении на транзисторе равном 10 В. Значение этой ёмкости можно вычислить. Для этого нужно знать паспортное значение коллекторной ёмкости        и значение  напряжение         ,при котором снималась паспортная ёмкость. Пересчёт производится по формуле:

 

                               ,                                                                        (3.3.7)

 

Ёмкость коллекторного вывода:

 

 

Ёмкость эмитерного вывода:

                                                                                                        (3.3.8)

 

 

                                                                                             (3.3.8)

Проводимость       :

 

                         .                                                                               (3.3.9)      

Проводимости        и      оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчётах они обычно не учитываются.

Проведя расчёт по формулам 3.3.6 ¸ 3.3.9, получаем значения элементов схемы:

                         

 

                  пФ

                  пФ

 

Расчёт высокочастотной модели:

 

Поскольку рабочие частоты усилителя  заметно больше частоты  , то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.4. Описание такой модели можно найти в [2].

Рисунок 3.4

Параметры эквивалентной схемы  рассчитываются по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность:

,                                                                                  (3.3.10)

где –индуктивности выводов базы и эмиттера.

Входное сопротивление:

,                                                                                         (3.3.11)

Крутизна транзистора:

,                                                                     (3.3.12)

Выходное сопротивление:

.                                                                                 (3.3.13)

Выходная ёмкость:

.                                                                                        (3.3.14)

В соответствие с этими формулами  получаем следующие значения элементов  эквивалентной схемы:

нГн;

пФ;

Ом;

А/В;

Ом;

пФ.

 

3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации  и выбор         источника  питания      

 

Существует несколько вариантов  схем термостабилизации. Их использование  зависит от мощности каскада и  от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.

 

3.3.4.1 Пассивная коллекторная  термостабилизация

 

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.